46843

Основные принципы построения закладываемые при создании вычислительных систем

Контрольная

Информатика, кибернетика и программирование

Вычислительная система ВС совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ периферийного оборудования и программного обеспечения предназначенную для сбора хранения обработки и распределения информации. Телекоммуникационная вычислительная сеть ТВС это сеть о6мена и распределенной обработки информации образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов аппаратных...

Русский

2013-11-29

32.83 KB

7 чел.

Что такое вычислительная система? Основные принципы построения закладываемые при создании вычислительных систем.

Термин вычислительная система появился в начале — середине 60-х гг. при создании ЭВМ третьего поколения.

Вычислительная система (ВС) - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для сбора, хранения, обработки и распределения информации. Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание ВС преследует следующие основные цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

Параллелизм в вычислениях в значительной степени усложняет управление вычислительным процессом, использование технических и программных ресурсов. Эти функции выполняет операционная система ВС.

Основные принципы построения, закладываемые при создании ВС:

- возможность работы в разных режимах;

- модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок;

- унификация и стандартизация технических и программных решений;

- иерархия в организации управления процессами;

- способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации;

- обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений.

Структура ВС — это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают отдельные ЭВМ и процессоры. В ВС, относящихся к классу больших систем, можно рассматривать структуры технических, программных средств, структуры управления и т.д.

Семиуровневая модель протоколов взаимодействия открытых систем.

Телекоммуникационная вычислительная сеть (ТВС) – это сеть о6мена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов — аппаратных, информационных, программных.

Абонентская система (АС) — это совокупность ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборудования, средств связи с коммуникационной подсетью вычислительной сети, выполняющих прикладные процессы.

В 1978 г. Международная организация по стандартизации (МОС) предложила семиуровневую эталонную модель взаимодействия открытых систем (ВОС), которая получила широкое распространение и признание.

В соответствии с эталонной моделью ВОС АС представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия абонентских систем (АС). Последние разбиваются на семь функциональных уровней. Функции и процедуры, выполняемые в рамках одного функционального уровня, составляют соответствующий уровневый протокол. Нумерация уровневых протоколов идет снизу вверх. Функциональные уровни взаимодействуют на строго иерархической основе: каждый уровень пользуется услугами нижнего уровня и обслуживает уровень, расположенный выше. Стандартизация распространяется на протоколы связи одноименных уровней взаимодействующих АС. Создание ТВС в соответствии с эталонной моделью ВОС открывает возможность использования сети ЭВМ различных классов и типов. Поэтому сеть, удовлетворяющая требованиям эталонной модели, называется открытой.

Функциональные уровни рассматриваются как составные независимые части процессов взаимодействия АС. Основные функции, реализуемые в рамках уровневых протоколов, состоят в следующем.

Физический уровень непосредственно связан с каналом передачи данных, обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию.

Канальный уровень определяет правила совместного использования физического уровня узлами связи. Главные его функции: управление передачей данных по информационному каналу и управление доступом к передающей среде, т.е. реализация выбранного метода доступа к общесетевым ресурсам.

Сетевой уровень реализует функции буферизации и маршрутизации, т.е. прокладывает путь между отправителем информации и адресатом через всю сеть. Основная задача сетевого протокола – прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов.

Транспортный уровень занимает центральное место в иерархии уровней сети. Он обеспечивает связь между коммуникационной подсетью и верхними тремя уровнями, отделяет пользователя от физических и функциональных аспектов сети. Главная его задача – управление трафиком в сети. Транспортный уровень есть граница, ниже которой пакет данных является единицей информации, управляемой сетью. Выше этой границы в качестве единицы информации рассматривается только сообщение.

Сеансовый уровень предназначен для организации и управления сеансами взаимодействия прикладных процессов пользователей.

Представительный уровень (уровень представления данных) преобразует информацию к виду, который требуют прикладные процессы пользователей. Представительный уровень занимается синтаксисом данных. Выше этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже его поля рассматриваются как передаточный груз, и их смысловое значение не влияет на обработку.

Прикладной уровень занимается поддержкой прикладного процесса пользователя и имеет дело с семантикой данных. Он является границей между процессами сети и прикладными (пользовательскими) процессами.

Что такое телекоммуникационная вычислительная сеть, абонентская система, коммуникационная подсеть, прикладной процесс?

Телекоммуникационная вычислительная сеть– это сеть о6мена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов — аппаратных, информационных, программных.

Абонентская система (АБ) – это совокупность ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборудования, средств связи с коммуникационной подсетью вычислительной сети, выполняющих прикладные процессы.

АБ могут быть универсальными, но могут также специализироваться на выполнении определенных типов задач. Например: банковская система, издательская система, информационно-поисковая система, музыкальная система, обучающая система, система X Windows, система графического редактирования, система типа "рабочий стол", система управления базой данных, система управления иерархией запоминающий устройств, система электронных платежей, финансовая система, терминал WWW, сетевой принтер.

Коммуникационная подсеть, или телекоммуникационная система (ТКС), представляет собой совокупность физической среды передали информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС.

Прикладной процесс – это различные процедуры ввода, хранения, обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.

С появлением ТВС удалось разрешить две очень важные проблемы: обеспечение в принципе неограниченного доступа к ЭВМ пользователей независимо от их территориального расположения и возможность оперативного перемещения больших массивов информации на любые расстояния, позволяющая своевременно получать данные для принятия тех или иных решений.

Для ТВС принципиальное значение имеют следующие обстоятельства:

- ЭВМ, находящиеся в составе разных абонентских систем одной и той же сети или различных взаимодействующих сетей, связываются между собой автоматически (в этом заключается сущность протекающих в сети процессов);

- каждая ЭВМ сети должна быть приспособлена как для работы в автономном режиме под управлением своей операционной системы (ОС), так и для работы в качестве составного звена сети.

По сравнению с адекватной по вычислительной мощности совокупностью автономно работающих ЭВМ сеть имеет ряд преимуществ:

- обеспечение распределенной обработки данных и параллельной обработки многими ЭВМ;

- возможность создания распределенной базы данных размещаемой в памяти различных ЭВМ;

- возможность обмена большими массивами информации между ЭВМ, удаленными друг от друга на значительные расстояния;

- коллективное использование дорогостоящих ресурсов: прикладных программных продуктов, баз данных, баз знаний , запоминающих устройств , печатающих устройств;

- повышение эффективности использования средств вычислительной техники и информатики за счет более интенсивной и равномерной их загрузки, а также надежности обслуживания запросов пользователей;

- сокращение расходов на приобретение и эксплуатацию СВТИ (за счет коллективного их использования);

- облегчение работ по совершенствованию технических, программных и информационных средств.

Что такое коммутируемая транспортная сеть? Какие бывают виды коммутации? Коммутация цепей. Преимущества и недостатки.

Коммутируемой транспортной сетью называется сеть, в которой между двумя (или более) конечными пунктами устанавливается связь по запросу. Примером такой сети является коммутируемая телефонная сеть.

Существуют следующие методы коммутации:

  1.  коммутация цепей (каналов);
  2.  коммутация с промежуточным хранением, в свою очередь разделяемая на коммутацию сообщений и коммутацию пакетов.

Коммутация цепей. При коммутации цепей (каналов) между связываемыми конечными пунктами на протяжении всего временного интервала соединения обеспечивается обмен в реальном масштабе времени, причем биты передаются с неизменной скоростью по каналу с постоянной полосой пропускания. Между абонентами устанавливается сквозной канал связи до начала передачи информации. Этот канал формируется из отдельных участков с одинаковой пропускной способностью. Прохождение отдельного сигнала вызова обеспечивается с помощью последовательного включения нескольких коммутационных устройств, размещаемых в центрах коммутации каналов (ЦКК). Каждое устройство резервирует за собой физическое соединение между одним входящим и одним исходящим каналами. Если при установлении сквозного канала связи занята вызываемая сторона или хотя бы одно из коммутационных устройств в цепочке прохождения сигнала вызова, последний будет блокироваться, и абонент, инициировавший вызов, должен спустя некоторое время его повторить.

Время установления сквозного канала связи обычно бывает большим из-за необходимости организации взаимодействия значительного числа устройств коммутации. После установления такого канала ЦКК выполняют минимальное число функций, хотя при этом может передаваться большой объем информации. Следовательно, при использовании метода коммутации цепей передача информации обеспечивается двумя основными составляющими в расходной части ресурсов: ресурсами для организации вызова и ресурсами для поддержания в ЦКК коммутационных устройств или для организации распределения временных каналов. Первая составляющая не зависит от объема передаваемой информации, а вторая – прямо пропорциональна интервалу времени, в течение которого происходит соединение.

В качестве недостатков метода коммутации цепей можно указать следующие:

  1.  длительное время установления сквозного канала связи из-за возможного ожидания освобождения отдельных его участков;
  2.  необходимость повторной передачи сигнала вызова из-за занятости вызываемой стороны или какого-либо коммутационного устройства в цепочке прохождения этого сигнала (в связи с этим система, в которой реализуется метод коммутации цепей, относится к классу систем с потерей запросов на обслуживание);

- отсутствие возможности выбора скоростей передачи информации;

- возможность монополизации канала одним источником информации;

- наращивание функций и возможностей сети ограниченно;

не обеспечивается равномерность загрузки каналов связи (возможности по сглаживанию загрузки весьма ограниченны).

Преимущества метода коммутации цепей:

- отработанность технологии коммутации цепей (первое коммутационное устройство появилось еще в конце XIX в.);

- возможность работы в диалоговом режиме и в реальном масштабе времени;

- обеспечение как битовой прозрачности, так и прозрачности по времени независимо от числа ЦКК между абонентами;

- довольно широкая область применения (главным образом передача акустических сигналов).

Сущность цели и способы маршрутизации. Преимущества и недостатки основных способов маршрутизации.

Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачи от отправителя к получателю. Она имеет смысл в сетях, где не только необходим, но и возможен выбор оптимального или приемлемого маршрута.

Выбор маршрутов в узлах сети производится в соответствии; с реализуемым алгоритмом (методом) маршрутизации.

Алгоритм маршрутизации – это правило назначения выходов линии связи данного узла связи ТКС для передачи пакета, базирующееся на информации, содержащейся в заголовке пакета (адреса от правителя и получателя), и информации о загрузке этого узла (длин очередей пакетов) и, возможно, сети в целом.

Основные цели маршрутизации заключаются в обеспечении:

- минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя : получателю;

- максимальной пропускной способности сети, что достигается, частности, нивелировкой загрузки линий связи ТКС;

- максимальной защиты пакета от угроз безопасности содержащей ся в нем информации;

- надежности доставки пакета адресату;

- минимальной стоимости передачи пакета адресату.

Различают следующие способы маршрутизации.

- Централизованная маршрутизация реализуется обычно в сетях с централизованным управлением. Выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центре управления сетью, а узлы сети связи только воспринимают и реализуют результаты решения задачи маршрутизации. Такое управление маршрутизацией уязвимо к отказам центрального узла и не отличается высокой гибкостью.

- Распределенная (децентрализованная) маршрутизация выполняется главным образом в сетях с децентрализованным управлением. Функции управления маршрутизацией распределены между узлами сети, которые располагают для этого соответствующими средствами. Распределенная маршрутизация сложнее централизованной, но отличается большей гибкостью.

- Смешанная маршрутизация характеризуется тем, что в ней в определенном соотношении реализованы принципы централизованной и распределенной маршрутизации.

Эффективность алгоритмов маршрутизации оценивается следующими показателями:

- временем доставки пакетов адресату;

- нагрузкой на сеть, которая при реализации данного алгоритма создается потоками пакетов, распределяемыми по линиям и узлам сети. Количественная оценка нагрузки осуществляется длиной очередей пакетов в узлах;

- затратами ресурсов в узлах связи (временем работы коммуникационной ЭВМ, емкостью памяти).

Факторы, снижающие эффективность алгоритмов маршрутизации:

- передача пакета в узел связи, находящийся под высокой нагрузкой;

- передача пакета в направлении, не приводящем к минимальному времени его доставки;

- создание на сеть дополнительной нагрузки за счет передачи служебной информации, необходимой для реализации алгоритма.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9888. Признаки НГВП 13.75 KB
  Признаки НГВП Признаки НГВП: 1)увеличение объема БР из скважины при неизменной подаче, т.е. БН выдают 20л/с, а станция контроля выдает 25л/с 2)увеличение скорости потока БР или расхода 3)когда БИ поднимают из скважины, то через определенный интерв...
9889. Оптимальное управление 291 KB
  Оптимальное управление ВВЕДЕНИЕ Задачи оптимального управления относятся к теории экстремальных задач, то есть задач определения максимальных и минимальных значений. Развитие теории экстремальных задач привело в XX веке к созданию линейного программ...
9890. Принцип максимума Понтрягина 177 KB
  Принцип максимума Понтрягина. Эффективным средством исследования задач оптимального управления является принцип максимума Понтрягина, представляющий собой необходимое условие оптимальности в таких задачах. Формулировка принципа максимума. Рассмотрим...
9891. Принцип максимума Понтрягина. 84 KB
  Принцип максимума Понтрягина Предложен Л.С. Понтрягиным в 1956 г. Рассмотрим процесс, описываемый системой ОДУ: x - n-мерный вектор состояния (фазовые координаты) u - r-мерный вектор управляющих воздейств...
9892. Классические методы безусловной оптимизации 101 KB
  Классические методы безусловной оптимизации Классический подход к задаче определения локальных и глобальных минимумов состоит в использовании методов математического анализа для поиска уравнений, которым должны удовлетворять эти точки, и для решения...
9893. Итерационные методы оптимизации функций одной переменной 124 KB
  Итерационные методы оптимизации функций одной переменной Методы деления интервала С помощью численных (итерационных) методов можно, например, определять минимум функции в некотором интервале , в котором, как предполагается, лежит точка минимума. При...
9894. Оптимизация функций многих переменных 127 KB
  Оптимизация функций многих переменных Разнообразные методы многомерной оптимизации различают обычно по виду информации, которая необходима им в процессе работы: - методы прямого поиска (методы нулевого порядка), которым нужны только значения целевой...
9895. Градиентные методы 87.5 KB
  Градиентные методы Градиентные методы безусловной оптимизации используют только первые производные целевой функции и являются методами линейной аппроксимации на каждом шаге, т.е. целевая функция на каждом шаге заменяется касательной гиперплоскостью ...
9896. Примеры простейших задач вариационного исчисления 214.5 KB
  Примеры простейших задач вариационного исчисления Исторически первой задачей, известной в глубокой древности и отнесенной впоследствии к задачам вариационного исчисления, явилась так называемая задача Дидо. Легенда говорит, что Дидо - царица од...